Die Rolle von extrazellulärem ERp57/PDIA3 in gesundem und arthrotischem Gelenkknorpel

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Rita Dreier
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552519689

Arthrose (engl. osteoarthritis (OA)) ist eine chronisch fortschreitende Gelenkerkrankung, von der weltweit mehr als 300 Mio. Menschen betroffen sind. Die Zerstörung des Gelenkknorpels wird durch eine Kombination aus Abbau der extrazellulären Matrix (ECM), verminderter ECM-Proteinproduktion und dem Absterben von Chondrozyten verursacht. Sowohl die Verringerung der Proteinbiosynthese als auch die Induktion der Apoptose sind Merkmale von Chondrozyten mit Stress des endoplasmatischen Retikulums (ER), von dem wir und andere kürzlich gezeigt haben, dass er eine Rolle bei OA spielt. Wir haben demonstriert, dass der Verlust der Protein-Disulfid-Isomerase ERp57, die als ER-Chaperon die Bildung von Disulfidbrücken verschiedener ECM-Moleküle katalysiert, in vitro (C28/I2-Zellen) und in vivo (knorpelspezifische ERp57 KO-Mäuse) ER-Stress in Chondrozyten hervorruft. Dies zeigt sich z. B. durch erweiterte ER-Zisternen, erhöhte Expression von ER-Stress-Marker-Proteinen, verringerte Sekretion von ECM-Proteinen und erhöhte Apoptoseraten. Darüber hinaus bestätigten wir, dass der Verlust von ERp57 in Gelenkknorpelzellen zu einer beschleunigten Entwicklung von OA in Kniegelenken alternder Mäuse führt. 18 Monate alte ERp57 cKO-Tiere zeigten eine schwere OA-Knorpeldegeneration mit Osteophytenbildung. Diesen Veränderungen ging ein ER-Stress induzierter apoptotischer Zelltod voraus. Interessanterweise wurde ERp57 zusammen mit seinen Substraten aus Chondrozyten in das Kulturmedium freigesetzt. Co-Immunpräzipitationsexperimente zeigten Fibronektin als Bindungspartner von ERp57 in Zelllysaten und in Zellkulturüberständen von Knorpelzellen. Eine detaillierte Analyse der Rolle von ERp57 in C28/I2-Kulturen ergab, dass die Bildung von Fibrillen aus Fibronektin in ERp57-KO-Zellen stark beeinträchtigt ist. Insgesamt deuten unsere Daten darauf hin, dass ERp57 für die normale Funktion und das Überleben von Gelenkknorpelzellen erforderlich ist. Es ist sehr wahrscheinlich, dass diese Effekte nicht nur auf die intrazelluläre ER-Chaperon-Funktion von ERp57 zurückzuführen sind, sondern dass auch Effekte von extrazellulärem ERp57 beteiligt sind. Wir werden untersuchen, ob ERp57 als extrazelluläres ECM-Chaperon auf ECM-Moleküle wirkt und so die biomechanischen Eigenschaften der Knorpelmatrix verändert. Extrazelluläres ERp57 könnte auch über durch Disulfidbindungen induzierte Strukturveränderungen zur Aktivierung von Oberflächenmolekülen, z. B. Integrinen, auf Chondrozyten beitragen und so die Adhäsion der Knorpelzellen verändern oder intrazelluläre Signalwege aktivieren. Die Rolle von extrazellulärem ERp57 wurde bisher unterschätzt und ist im Gelenkknorpel noch nicht untersucht. Wir gehen davon aus, dass die geplanten Experimente bisher unbekannte Mechanismen der OA-Pathogenese aufklären und so neue Ansatzpunkte für OA-Therapien bieten werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen